专利名称：发光二极管用金属基板、发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管用金属基板、发光二极管及其制造方法。本申请基于在2009年10月7日在日本提出的专利申请2009-233748号要求优先权，将其内容援引于本申请中。
背景技术：
一直以来，作为发出红色或者红外的光的高输出功率发光二极管(英文简称 LED)，已知具备含有砷化铝镓(组成式AlxGai_xAs ；0 ^ X ^ 1)的发光层的化合物半导体 LED。另一方面，作为发出红色、橙色、黄色或者黄绿色的可见光的高辉度发光二极管(英文简称LED)，已知具备含有磷化铝镓铟(组成式(AlxGa1^x)γΙηι_γΡ ；0 ^ X ^ 1,0 < Y < 1)的发光层的化合物半导体LED。这样的LED —般形成于相对于从发光层射出的光在光学上不透明、并且机械强度不那么高的砷化镓(GaAs)等的基板材料上。因此，最近，为了得到更高辉度的LED，另外，以元件的机械强度和散热性的进一步提高作为目的，曾公开了下述技术在除去了相对于发光光为不透明的基板材料后，重新接合由透射或者反射发光光、并且机械强度和散热性优异的材料形成的支持体层(基板)，构成接合型LED (例如，参照专利文献1 7)。现有技术文献专利文献1 日本特开2001-339100号公报专利文献2 日本特开平6-3(^857号公报专利文献3 日本特开2002-246640号公报专利文献4 日本专利第2588849号公报专利文献5 日本特开2001-57441号公报专利文献6 日本特开2007-81010号公报专利文献7 日本特开2006_3四52号公报
发明内容
如上述那样，通过基板接合技术的开发，可以作为支持体层适用的基板的自由度增加，因此曾提出了在成本方面、机械强度或者散热性等具有较大优势的许多金属基板。但是，金属基板与半导体基板、陶瓷基板等相比，存在与制造工艺中使用的化学药品反应发生腐蚀从而品质劣化的问题。具体地讲，存在对于碱或酸的处理发生溶解、变色、 腐蚀，招致特性不良和收率降低的问题。特别是在除去为了使半导体层生长而使用的砷化镓基板时，一般采用在碱或酸中长时间浸渍，将砷化镓基板全部溶解的工序。但是，金属基板不能够耐受该长时间的药品处理。
本发明是鉴于上述状况完成的，其目的是提供一种能够耐受基板除去工序的药品处理的耐化学性优异的具有新的结构的发光二极管用金属基板。另外，其目的是提供一种通过使用该金属基板，特性稳定了的发光二极管。此外，其目的是提供一种能够以高的收率制造具有稳定的特性的发光二极管的发光二极管的制造方法。为了达到上述目的，本发明提供以下的(1) (9)。(1) 一种发光二极管用金属基板，是用于制造发光二极管的发光二极管用金属基板，上述发光二极管具备金属基板和通过接合层接合于所述金属基板上的含有发光部的化合物半导体层，该发光二极管用金属基板的特征在于，发光二极管用金属基板具备金属板和覆盖该金属板的至少上表面和下表面的金属保护膜。(2)根据前项(1)所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，上述金属保护膜还覆盖上述金属板的侧面。(3)根据前项(1)或O)的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于， 上述金属板的热导率为130W/m· K以上，并且，热膨胀系数在上述发光部的热膨胀系数的士 1. 5ppm/K 以内。(4)根据前项(1) (3)的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，上述金属板含有选自铜、钼和钨中的至少一种。(5)根据前项(4)所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，上述金属板由铜和钼的叠合结构构成。(6)根据前项(1) (5)的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，上述金属保护膜含有选自镍、铬、钼和金中的至少一种。(7) 一种发光二极管，其特征在于，是具备前项(1) (6)的任一项所述的发光二极管用金属基板和通过接合层接合于上述金属基板上的含有发光部的化合物半导体层的发光二极管，上述发光部具备AWaInP层或AlGaAs层。(8) 一种发光二极管的制造方法，其特征在于，具有在金属板的全部面形成金属保护膜，制作发光二极管用金属基板的第1工序；在半导体基板上形成具备发光部的化合物半导体层的第2工序；在上述化合物半导体层上形成接合层的第3工序；通过上述接合层将形成有上述化合物半导体层的上述半导体基板和上述金属基板接合的第4工序；和使用蚀刻液除去上述半导体基板的第5工序。(9)根据前项(8)所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，上述第1工序具有 热压接多个金属薄板来制作金属板的工序；和通过镀覆在上述金属板的全部面形成金属保护膜的工序。根据本发明，可以提供一种散热性优异、并且能够耐受基板除去工序的药品处理的耐化学性优异的具有新的结构的发光二极管用金属基板。另外，可以提供一种特性稳定的发光二极管。此外，可以提供一种能够以高的收率制造具有稳定的特性的发光二极管的发光二极管的制造方法。
图IA是表示本发明的发光二极管接合用金属基板和与其接合了的发光二极管的一实施方式的平面图。图IB是表示本发明的发光二极管接合用金属基板和与其接合了的发光二极管的一实施方式的截面模式图。图2是表示本发明的发光二极管的一实施方式的截面模式图。图3是表示在本发明的发光二极管的制造方法中的一工序的一实施方式的截面模式图。图4A是表示以往的发光二极管用金属基板和与其接合了的发光二极管的平面图。图4B是表示以往的发光二极管用金属基板和与其接合了的发光二极管的截面模式图。
具体实施例方式以下，对于本发明的发光二极管用金属基板、发光二极管及其制造方法，使用附图详细地说明。再者，为易于明白其特征，在以下的说明中使用的附图有时为方便起见将成为特征的部分放大地表示，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。对于同样的构成要素，附带相同的标记省略详细的说明。图1是表示本发明的发光二极管的制造方法的第4工序后的状态的图。再者，对于本发明的发光二极管的制造方法，以下详细地说明。图1表示本发明的发光二极管用金属基板6和形成于生长基板(半导体基板)20 上的含有发光部的化合物半导体层2通过接合层3接合了的状态。<发光二极管用金属基板>如图1所示，本实施方式中的金属基板6，由金属板4和覆盖金属板4的全部面，也就是金属板4的上表面、下表面和侧面的金属保护膜5构成。再者，也有金属保护膜5仅覆盖金属板4的上表面和下表面，不覆盖侧面的情况。优选上述金属板4的热导率为130W/m · K以上，并且，热膨胀系数在发光部7的热膨胀系数的士 1.5ppm/K以内。具体地讲，可以由热导率良好的金属例如铜、银、金等、热膨胀系数与发光部7大致相等的金属例如钼、钨等构成。另外，也可以由多个金属薄板形成。其中，优选金属板4 含有选自铜、钼和钨中的至少一种。作为金属板4，特别优选如图1所示那样层叠铜4B/钼 4A/铜4B的3枚薄板热压接而成的金属板。通过采用这样的构成，可以使金属板6的热膨胀系数与发光部7的热膨胀系数大致相等。覆盖金属板4的至少上表面和下表面的金属保护膜5，可以应用镍、铬、钼、金等公知的材料。其中，优选金属保护膜5为组合了粘附性良好的镍和耐化学性优异的金的层。优选基底由镍形成，表面由化学上稳定的金或钼形成。可以通过将金属板4的全部面进行镀镍/金而形成。金属保护膜5的厚度，没有特别限制，从耐久性和成本的平衡来看，适当的范围为 0. 2 5μπι，优选为0. 5 3μπι。高价格的金的厚度优选为Iym以下。
具备上述构成的金属基板6，如果较薄则引起由强度不足带来的变形，如果较厚则在切断为芯片的工序中存在技术难度变高的不良情况。因此，虽然根据材料而不同，但金属基板6的厚度优选为50 200 μ m,更优选为80 150 μ m。〈发光二极管〉接着，对于发光二极管的构成进行说明。如图2所示，本实施方式的发光二极管(LED)I是具备本发明的金属基板6和通过接合层3接合于金属基板6上的含有发光部7的化合物半导体层2的发光二极管。上述化合物半导体层2，只要是含有pn结型的发光部7的化合物半导体层就没有特别限定。上述发光部7由能够在半导体基板、例如GaAs基板上生长的材料构成。一般地， 是依次层叠有下部覆盖层9、发光层10和上部覆盖层11的化合物半导体的叠层体。作为该发光部7，可以使用含有作为例如红色、黄色和/或黄绿色等的光源的具备 (AlxGa1^x)YIni_YP(0彡X彡1，0 < Y彡1)的发光层10的化合物半导体层。也可以使用含有发出红和红外的光的具备AlxGa(1_x)AS(0彡X彡1)的发光层10的化合物半导体层，也可以应用其他公知的结构。接合层3配置在化合物半导体层2和金属基板6之间，牢固地接合(贴合)化合物半导体层2和金属基板6。既可以是单层也可以是由多层构成的。但是，考虑到与金属保护膜5的材质的组合，优选由与和金属基板6的连接表面相同的材料，也就是说，与金属保护膜5相同的材料系形成。例如，在金属保护膜5由金形成的情况下，最优选形成与金属保护膜5的连接面的接合层由金形成。在本实施方式中，接合层3具备设置在化合物半导体层2侧的第1金属膜3A和设置在金属基板6侧的第2金属膜;3B，第2金属膜;3B由与金属保护膜5相同的材料形成。另外，在本实施方式中，为了高辉度化，接合层3具有反射率高的反射结构，反射从化合物半导体层2侧和金属基板6侧入射的光。[发光二极管的制造方法]接着，对于发光二极管的制造方法，按以下那样分为第1工序 第5工序进行说明。<金属基板的制作工序(第1工序)>按以下那样制造发光二极管用金属基板6。首先，准备构成发光二极管用金属基板6的金属板4。图2所示的本实施方式的金属板4，以其热膨胀系数与发光部7的热膨胀系数成为大致相等的方式，层叠铜4B、钼4A和铜4B这3枚薄板并进行热压接来制作。接着，形成覆盖金属板的全部面的金属保护膜5。金属保护膜5可以采用公知的膜形成方法形成，但由于可以在包含侧面在内的全部面形成膜，因此最优选镀覆法。在镀覆法中，可以使用公知的技术和药品。在镀覆法之中，不需要电极的无电解镀法因简便而优选。镀层材质没有特别限制，可以应用铜、银、镍、铬、钼和金等公知的材质，最合适的是组合了粘附性良好的镍和耐化学性优异的金的层。
例如，在采用了无电解镀法的情况下，将金属板6的上表面、侧面和下表面镀镍， 其后进行镀金，由此可以得到具备镍膜和金膜的金属保护膜5。镀层的厚度没有特别限制，但按上述那样，从耐久性和成本的平衡来看，适当的范围为0. 2 5μπι，优选为0. 5 3μπι。高价格的金的厚度优选为1 μ m以下。再者，金属保护膜5，在进行后述的采用蚀刻液的半导体基板除去工序时，覆盖金属板4的全部面即可。在半导体基板除去工序后的工序中，金属保护膜5的一部分被除去， 在最终制造的发光二极管中，金属保护膜5即使没有覆盖金属板4的全部面也没关系。<化合物半导体层形成工序(第2工序)>如图3所示，在半导体基板20的一面20a上，使多个外延层生长而形成化合物半导体层2。半导体基板20是化合物半导体层2的形成用基板，例如，是掺杂了 Si的η型的 GaAs单晶基板。在半导体基板20的一面20a上形成由掺杂了 Si的η型的GaAs构成的缓冲层12a。 接着，在缓冲层1 上形成由掺杂了 Si的η型的AKialnP构成的接触层12b。接着，在接触层12b上形成由掺杂了 Si的η型的AKialnP构成的覆盖层11。接着，在覆盖层11上形成由未掺杂的AKialnP/AKialnP的10对的叠层结构构成的发光层10。接着，在发光层10 上形成由掺杂了 Mg的ρ型的Alfe^nP构成的覆盖层9。接着，在覆盖层9上形成掺杂了 Mg 的P型的GaP层13。接着，在ρ型的GaP层13的与半导体基板20相反侧的面13a上形成第2电极(欧姆电极)8b。<接合层形成工序(第3工序)>接着，以覆盖位于ρ型的GaP层13的与半导体基板20相反的一侧的面13a和第 2电极8b的方式形成接合层3 (3A)。接合层的形成可以利用公知的技术。例如，可以利用共晶金属和软钎料等的金属材料、有机系粘结剂、或者直接接合技术等。〈金属基板的接合工序(第4工序)>接着，将形成有接合层3以及化合物半导体层2的半导体基板20、和在金属基板的制造工序中形成的金属基板6送入减压装置内，以接合层3的接合面和金属基板6的接合面相对地重叠的方式配置。接着，将减压装置内排气后，将形成有接合层3和化合物半导体层2的半导体基板 20和金属基板6在加热的状态下加压，形成接合结构体15。<半导体基板除去工序(第5工序)>接着，利用含有氨和过氧化氢的蚀刻液，从接合结构体15选择性地溶解除去半导体基板20和缓冲层12a。铜溶解于该蚀刻液中，但由于金属板的上表面、侧面和下表面的全部面被作为镍和金膜的金属保护膜5覆盖，因此由铜形成的金属板4不溶解。通过该工序，形成具有发光部7的化合物半导体层2。<第1电极形成工序>接着，在位于化合物半导体层2的与金属基板6相反侧的面加形成第1电极8a。<分离工序>
在除去了切断的区域的半导体层后，利用激光以例如350μπι间隔切断在以上的工序中形成的具备金属基板6的结构体，制作发光二极管1。在得到的发光二极管1中，金属基板6仅在上表面和下表面具备金属保护膜5，在侧面不具备该保护膜。<发光二极管侧面保护膜形成工序>进而，也可以在与金属保护膜5的形成条件同样的条件下，对被切断的金属基板6 的侧面和下表面进行镀镍和镀Au处理，除去树脂保护膜，制作发光二极管。这样得到的发光二极管，耐化学性强，从而优选。实施例以下，使用实施例具体地说明本发明和本发明的效果。再者，本发明并不限定于以下的实施例。<金属基板的制作>用厚度为30 μ m的2枚铜箔夹持厚度为25 μ m的Mo箔，进行加热压接，制作了厚度为85 μ m的金属板4。金属板4的形状是直径76mm的圆形。研磨金属板4的上表面和下表面，使上表面成为光泽面后，用有机溶剂洗涤，除去污物。金属板4的热膨胀系数为6. lppm/K,热导率为250W/m · K。采用无电解镀法，首先对金属板4镀M使得镀M层厚度为约2 μ m,接着，进行镀 Au使得镀Au层厚度为0. 5 μ m。这样，在金属板4的上表面、侧面和下表面形成了均勻的两层的镀膜即金属保护膜5。〈发光部的形成〉准备直径为76mm、厚度为450 μ m,主面为(100)偏离15°的GaAs单晶基板20。洗涤表面后，安置在MOCVD装置中。生长了 0. 2 μ m的GaAs缓冲层12a。其后，形成由掺杂Si的η型的 (Ala5GEta5)a5Ina5P构成、载流子浓度为2X1018cm_3、层厚为1.5μπι的接触层12b。接着，形成由掺杂Si的η型的(Al。. 7Ga0.3) 0.51% 5P构成、载流子浓度为8 X IO1W, 层厚为Iym的覆盖层11。进一步地，得到了层厚为0.8μπι的、未掺杂的(Ala2GEia8)a5Ina5P/ (Al0. A. 3)0. Jna5P的10对的层叠结构作为发光层10。接着，形成由掺杂了 Mg的ρ型的(Ala7Giia3)a5Ina5P构成、载流子浓度为 2X1017cm_3、层厚为Iym的覆盖层。其后，层叠了作为掺杂了 Mg的ρ型GaP层的、载流子浓度为3X 1018cm_3、层厚为；^ 的GaP层13。此外，在得到的ρ型GaP层13的表面形成欧姆电极Sb。进而，作为接合层3，采用蒸镀法形成了厚度为1.5μπι的AuGe的共晶金属。接着，在该接合层3上重叠金属基板6，在贴附装置内加热到380°C进行加压而接合，制作了接合结构体18。〈半导体基板的除去〉在氨-过氧化氢的混合液中浸渍接合了的接合结构体18，直到GaAs基板20和GaAs缓冲层1 全部溶解。〈收率〉在溶解除去了 GaAs基板和GaAs缓冲层1 后，测定接合收率。其结果，相对于理论面积，97%为正常。在此，所谓理论面积(S)，是接合前的实效的面积，是从圆形整体的面积减去定向平面(Orientation Flat)部分和周边的倒角(Beveling)区域的面积后的面积。在76πιπιΦ 晶片的情况下S = 43cm2。另外，接合收率意指在接合后测定的接合部分的面积(X)相对于理论面积S的比例，用接合收率=(X/S)X100(%)算出。再者，接合部的面积，可以例如在除去了接合部分后用面积计测定等来求得。(比较例)如图4所示，与实施例的不同点在于金属基板6不具备金属保护膜5这点。也就是说，在本比较例中，没有对金属基板6实施镀覆(没有形成金属保护膜幻，利用光致抗蚀剂21来保护金属板4的与接合层3相反侧的面，除去了 GaAs基板。光致抗蚀剂以2000rpm 旋涂从而涂布成为2μπι厚度后，在140°C下进行热处理使其固化从而形成了保护膜。〈收率>溶解了 GaAs基板后，测定接合收率。其结果，相对于理论面积，79%为正常。该收率降低的原因是由于周边的金属基板一部分溶解，由此存在不能够接合的部分。产业上的利用可能性本发明的发光二极管用金属基板耐化学性特别优异。具备耐化学性优异的金属基板的本发明的发光二极管，由于散热性优异且能够以高辉度发光，因此可以在各种的显示灯、照明器具等中利用，在制造和利用它们的产业中有利用可能性。另外，本发明的发光二极管的制造方法，由于可以制造散热性优异且能够以高辉度发光的发光二极管，因此可以在各种的显示灯、照明器具等中利用，在制造和利用它们的产业中有利用可能性。附图标记说明1...发光二极管；2...化合物半导体层；3...接合层；3A...第1金属膜； ;3B...第2金属膜；4...金属板；5...金属保护膜；6...发光二极管用金属基板；7...发光部；8a...第1电极；8b...第2电极；9...覆盖层；10...发光层；11...覆盖层；12a...缓冲层；12b...接触层；13. . .GaP层；15...接合结构体；20...半导体基板。
权利要求
1.一种发光二极管用金属基板，是用于制造发光二极管的发光二极管用金属基板，所述发光二极管具备金属基板和通过接合层接合于所述金属基板上的含有发光部的化合物半导体层，其特征在于，所述发光二极管用金属基板具备金属板和覆盖该金属板的至少上表面和下表面的金属保护膜。
2.根据权利要求1所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，所述金属保护膜还覆盖所述金属板的侧面。
3.根据权利要求1或2的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，所述金属板的热导率为130W/m · K以上，并且，热膨胀系数在所述发光部的热膨胀系数的士 1. 5ppm/ K以内。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，所述金属板含有选自铜、钼和钨中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，所述金属板具备铜和钼的叠合结构。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的发光二极管用金属基板，其特征在于，所述金属保护膜含有选自镍、铬、钼和金中的至少一种。
7.一种发光二极管，其特征在于，是具备权利要求1 6的任一项所述的发光二极管用金属基板和通过接合层接合于所述金属基板上的含有发光部的化合物半导体层的发光二极管，所述发光部具备AWaInP层或AlGaAs层。
8.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，具有在金属板的全部面形成金属保护膜，制作发光二极管用金属基板的第1工序；在半导体基板上形成含有发光部的化合物半导体层的第2工序；在所述化合物半导体层上形成接合层的第3工序；通过所述接合层将形成有所述化合物半导体层的所述半导体基板和所述金属基板接合的第4工序；和使用蚀刻液除去所述半导体基板的第5工序。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第1工序具有热压接多个金属薄板来制作金属板的工序；和通过镀覆在所述金属板的全部面形成金属保护膜的工序。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种具备优异的耐化学特性的发光二极管接合用金属基板、发光二极管及其制造方法，提供一种发光二极管用金属基板，其是用于制造发光二极管的发光二极管用金属基板，所述发光二极管具备金属基板和通过接合层接合于所述金属基板上的含有发光部的化合物半导体层，该发光二极管用金属基板的特征在于，具备金属板和覆盖该金属板的至少上表面和下表面的金属保护膜。
文档编号H01L33/02GK102576781SQ20108004470
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月7日
发明者松村笃, 竹内良一 申请人:昭和电工株式会社